Redressement à diodes - sur le site de Claude Lahache

Hypothèses :
iD
- Les diodes utilisées dans les redresseurs sont supposées idéales :
Diode passante : vD = 0 et iD > 0
Diode bloquée : vD < 0 et iD = 0
- On se limite au redressement de signaux issus du réseau 50Hz.
A
K
vD
Redresseurs P2
Anodes communes
Cathodes communes
uE
D1
D1
D2
D2
- uE
Ru
uE
uS
- uE
Ru
uS
uE= Û.sin(100πt)
uE= Û.sin(100πt)
Exemple de structure pratique :
Le transformateur possède 2 secondaires identiques.
Les courants i1 et i2 débités par les enroulements
secondaires sont unidirectionnels, alors que le
courant au primaire est alternatif.
i1
D1
i
uE
D2
Réseau
50Hz
uE
i2
u
Charge
Redresseur PD2 (pont de Graëtz monophasé)
Dans sa version la plus simple, ce redresseur est alimenté par un seul enroulement secondaire de transformateur.
iS
iE
D1
D2
uE
uS
D4
Ru
D3
Une version plus élaborée nécessite un transformateur à 2 secondaires identiques : On l’utilisera pour réaliser une
alimentation symétrique :
D1 et D2 forment un redresseur P2 à cathodes communes qui alimente la charge 1 sous tension « positive ».
D3 et D4 forment un redresseur P2 à anodes communes qui alimente la charge 2 sous tension « négative ».
D1
D2
v1 > 0
Charge 1
D4
D3
v2 < 0
Charge 2
uE
secteur
uE
Redresseurs P3
Ces redresseurs sont alimentés par un système triphasé équilibré de tensions simples.
Anodes communes
Cathodes communes
v1
D1
D1
D2
D2
D2
D2
Ru uS
v2 v3
v1 = Ûsin(100πt)
v2 = Ûsin(100πt - 2π/3)
v3 = Ûsin(100πt + 2π/3)
v1(t)
v2(t)
v1
v2 v3
v1 = Ûsin(100πt)
v2 = Ûsin(100πt - 2π/3)
v3 = Ûsin(100πt + 2π/3)
v3(t)
Ru
uS
Redresseur PD3 (pont de Graëtz triphasé)
Ce redresseur est le prototype du redresseur industriel. Il peut être vu comme une combinaison de 2 redresseurs P3.
Son étude est complexe et sort du cadre du programme.
iS
D1
i1
1
u12
2
u31
u23
3
v1
v2
D2
v1 = Ûsin(100πt)
v2 = Ûsin(100πt - 2π/3)
v3 = Ûsin(100πt + 2π/3)
D3
i2
uS
Ru
i3
D4
v3
D5
D6
N
u12
u23
u31
uS
80V
40V
0V
-40V
-80V
0s
V(v1)-
V(v2)
10ms
V(v2)- V(v3)
V(v3)- V(v1)
20ms
V(S+)- V(S-)
30ms
Time
Diodes passantes
D1
D2
D3
D4
D5
D6
Avec ce type de pont redresseur, la tension de sortie est naturellement peu ondulée.
Filtrage des signaux redressés
Pour un redresseur monophasé débitant sur une charge résistive, la tension et le courant de sortie sont fortement
ondulés ; il est donc nécessaire de limiter ces ondulations par un dispositif de filtrage.
Nous raisonnons sur un pont de Graëtz : Il est possible de filtrer, soit par condensateur en parallèle avec la charge,
soit par bobine en série avec la charge ; le choix du système dépend essentiellement du débit du redresseur.
Filtrage de tension par condensateur :
Le filtrage est efficace pour RU.C > T (T = 20ms en 50Hz) ; ce type de filtrage ne convient que pour les débits
faibles ( iSMOY < 1A environ)
i
i
S
D1
iE
D2
iD1
iD2
uE
iC
u
uS
Ru
C
D4
D3
Exxemple de simulation pour UE = 24V, Ru =220Ω et C = 100µF
40V
u = uS
0V
uE
SEL>>
-40V
V(E+)- V(E-)
V(S1)
1.3A
i
1.0A
iS
0A
20ms
- I(Ru)
30ms
40ms
50ms
60ms
I(R3)
Time
Mesures :
Tension de sortie moyenne : 28,7V, avec un taux d’ondulation de 18% environ
Courant moyen dans la charge : 130mA ; pointes de courant de sortie du pont : 1,25A
L’action du condensateur est de lisser la tension de sortie du pont (u(t)) ; par contre, le courant de sortie du
redresseur (i(t)) évolue vers une forme impulsionnelle.
Il y a un compromis à trouver entre une réduction suffisante de l’ondulation de u et une limitation des pointes du
courant i : Le filtrage par condensateur ne doit pas avoir une efficacité trop importante, sous peine de devoir
surdimensionner les éléments constitutifs du montage (diodes et transformateur)
Filtrage de courant par bobine :
Un filtrage efficace impose de vérifier L / RU > T (T = 20ms en 50Hz) ; ce type de filtrage n’est applicable qu’en
forts débits (ISMOY ≥ quelques A)
L
i
D1
iE
D2
iD1
iS
uL
iD2
uE
u
D4
uS
Ru
D3
Exemple de simulation pour UE = 24V, RU = 10Ω et L = 0,3H
40V
u
0V
uE
-40V
V(E+)- V(E-)
V(R)
3.0A
i
0A
iE
SEL>>
-3.0A
440ms
- I(R2)
450ms
460ms
470ms
480ms
490ms
500ms
I(ue)
Time
La tension de sortie du pont n’est pas modifiée par la présence de la bobine ; par contre, le courant de sortie est
fortement lissé : Courant de sortie moyen de 1,95A, avec un taux d’ondulation de moins de 4%.
L’action de la bobine est de lisser le courant de sortie du redresseur ; par contre, le courant d’alimentation du pont
devient pratiquement rectangulaire.